KR20080072544A - Low noise heating, ventilating and/or air conditioning (hvac) systems - Google Patents

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KR20080072544A
KR20080072544A KR1020080009038A KR20080009038A KR20080072544A KR 20080072544 A KR20080072544 A KR 20080072544A KR 1020080009038 A KR1020080009038 A KR 1020080009038A KR 20080009038 A KR20080009038 A KR 20080009038A KR 20080072544 A KR20080072544 A KR 20080072544A
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KR1020080009038A
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조셉 쥐 마르씬키위츠
아서 이 우드워드
프라카쉬 비 샤히
마크 이 커리에
마이클 아이 헨델슨
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에머슨 일렉트릭 컴파니
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Abstract

A low noise heating, ventilating and/or air conditioning system is provided to improve the system efficiency and to reduce noise and vibration by using sinewave commutation in a motor controller. A low noise heating, ventilating and/or air conditioning system(400) comprises a system controller(402), a motor controller(404), an air-moving component(410), and a stationary assembly(412), a rotatable assembly(414) in magnetic coupling relation to the stationary assembly, and a permanent magnet motor(406) having a shaft connected to the air-moving component. The motor controller performs sinewave commutation in response to one or more control signals received from the system controller to create continuous phase currents in the permanent magnet motor for driving the air-moving component. The stationary assembly includes plural phase windings, and the motor controller energizes power to each phase windings at the same time.

Description

저소음 난방, 환기 및/또는 공기조화(ＨＶＡＣ) 시스템{LOW NOISE HEATING, VENTILATING AND/OR AIR CONDITIONING (HVAC) SYSTEMS}LOW NOISE HEATING, VENTILATING AND / OR AIR CONDITIONING (HVAC) SYSTEMS} Low Noise Heating, Ventilation and / or Air Conditioning (HVAC) Systems

본 발명은 난방, 환기 및/또는 공기조화(HVAC) 시스템들에 관한 것으로, 송풍기(blower)와 같은 하나 또는 그 이상의 공기유동기구(air-moving component)를 구비한 HVAC 시스템들을 포함한다.The present invention relates to heating, ventilation and / or air conditioning (HVAC) systems, including HVAC systems with one or more air-moving components, such as blowers.

이 부분의 기재는 단지 본 명세서와 관련된 배경정보를 제공하며 종래기술을 구성하는 것은 아니다.Descriptions in this section merely provide background information related to this specification and do not constitute prior art.

이 기술분야에서는 난방, 환기 및/또는 공기조화(HVAC)기능을 제공하는 다양한 형태의 기상조절시스템(climate control system)이 알려져 있다. 이러한 시스템들 다수는 하나 또는 그 이상의 공기유동기구를 구비하는데, 여기에는 [공기 조정기(air handler)들 및 순환 팬들과 같은] 송풍기들, 응축기 팬들, 통풍유도기(draft inducer)들 등이 포함된다. 이러한 공기유동기구들은 일반적으로 전기 모터에 의해 구동된다. 이전에는 단일속도 및 다속도 모터가 공기유동기구의 구동에 사용되었는데, 근년에는 개별(discrete) 속도의 모터들은 대체로 가변 속도 모터(variable speed motor)들로 대체되었다.Various types of climate control systems are known in the art for providing heating, ventilation and / or air conditioning (HVAC) functions. Many of these systems have one or more airflow mechanisms, including blowers (such as air handlers and circulation fans), condenser fans, draft inducers, and the like. Such airflow mechanisms are generally driven by an electric motor. Previously, single and multi-speed motors have been used to drive airflow mechanisms. In recent years, discrete speed motors have been largely replaced by variable speed motors.

HVAC 시스템들들에서 공기유동기구를 구동하는 가변 속도 모터들은, 일반적으로, 구형파 여기(勵起) 및 제어 기술(square wave excitation and control technique)[때로는 “6단계”정류(“6-step” commutation)라고 불리었다]을 채용한다. 전형적으로, 이러한 가변 속도 모터들은, 모터의 3상 권선(three phase windings)으로의 양과 음의 직류전압 인가를 제어 하기 위해 구형파(矩形波) 제어신호를 사용한다. 임의의 주어진 시점에, 양의 직류전압이 3상 권선 중 하나의 권선에 공급되고, 음의 직류전압은 3상 권선 중 또 다른 하나의 권선에 공급되며, 3번째 상 권선은 전압이 가해지지 않거나 “개방(open)”[전압이 가해지지 않은 상 권선은, 실제로는 완전히 개방된 채로 있지 않고, 잔여 권선전류를 소진(dissipating)하기 위해 캐치 다이오드(catch diode)나 다른 소자의 "역할을 일시적으로 하게 된다(fly into)"]된다. 이 3상 권선들 사이로 양과 음의 직류전압을 인가하는 것을 순차적으로 (그리고 갑자기) 회전시킴으로써, 회전 자기장이 생성되고 이것이 회전자(roter)의 회전을 유발하여 공기유동기구를 구동하게 된다.Variable speed motors driving airflow mechanisms in HVAC systems are generally square wave excitation and control techniques [sometimes “6-step” commutation. Was called). Typically, these variable speed motors use square wave control signals to control the application of positive and negative DC voltages to the motor's three phase windings. At any given point in time, a positive DC voltage is supplied to one of the three-phase windings, a negative DC voltage is supplied to another of the three-phase windings, and the third phase winding is unloaded or A phase winding that is “open” (no voltage applied) is not actually fully open and temporarily acts as a “catch diode” or other device to dissipate the residual winding current. Fly into "]. By sequentially (and suddenly) rotating the application of positive and negative DC voltages between these three-phase windings, a rotating magnetic field is generated, which causes the rotor to rotate to drive the airflow mechanism.

도 1은 공지의 구형파 정류 기술을 이용하는 모터에 생성된 상 전류(phase current)를 도시한 것이다[3상 전류 모두를 확실히 도시하기 위해 도 1에서는 상기 전류의 오프셋들(offsets)이 편이되어(shifted) 있다]. 하나의 상 권선이 임의의 주어진 시간에 전류가 흐르지 않는 상태에서, 상 권선들이 급격하게 스위칭되는(switched) 방식 때문에, 그 결과적인 상 전류들은 불연속적이다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 각 상 전류는 각 사이클의 약 1/3 동안 0볼트 수준을 가지게 된다.Figure 1 shows the phase currents generated in a motor using known square wave rectification techniques (in Figure 1 the offsets of the currents are shifted in order to clearly show all three phase currents). ) have]. With one phase winding not flowing current at any given time, because of the way that the phase windings are switched rapidly, the resulting phase currents are discontinuous. As shown in Figure 1, each phase current will have a zero volt level for about one third of each cycle.

공지의 구형파 정류기술과 이로 인한 불연속적인 상 전류들은, 상대적으로 높은 코깅 토크(cogging torque)를 생성하게 하고, 도 2에 도시된 바와 같이, 또한 상대적으로 높은 작동 토크 리플(operating torque ripple)과 토크 고조파들(torque harmonics)을 발생하게 한다. 이는 번갈아 상기 모터에서 그리고 이렇게 이 모터가 사용되는 어떠한 HVAC 시스템에서도 바람직하지 않은 소음이나 진동을 유발하게 된다. 이러한 이유들로 해서, 알려진 많은 HVAC 모터들은 기계적인 감쇄 재료(damping material)를 사용하여 회전가능 조립체(또한 회전자라고도 불린다)를 모터축(motor shaft)에 결합함으로써 잡음과 진동을 줄이도록 되어 있다.Known square wave rectification techniques and the resulting discontinuous phase currents produce a relatively high cogging torque and, as shown in FIG. 2, also provide a relatively high operating torque ripple and torque. It generates harmonics (torque harmonics). This in turn causes unwanted noise or vibration in the motor and thus in any HVAC system in which it is used. For these reasons, many known HVAC motors are designed to reduce noise and vibration by using a mechanical damping material to couple the rotatable assembly (also called the rotor) to the motor shaft. .

또한, 공지의 구형파 정류기술은 상대적으로 비효율적인 것으로 생각되고, 모터에서의 효율손실이 약 2% 정도 발생한다.In addition, the known square wave rectification technique is considered to be relatively inefficient, resulting in an efficiency loss of about 2% in the motor.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 모터제어기에서 사인파 정류를 이용함으로써, 종래기술에서 채용된 구형파 정류 기술에 비해서, 상기 모터 및 이에 따라 상기 시스템의 효율을 향상시키는 데 그 목적이 있다. 또한, 본 발명은 생산비용이 적게 들면서도 소음 및 진동의 발생을 감소할 수 있는 모터를 제공하는 것을 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and by using sine wave rectification in a motor controller, an object thereof is to improve the efficiency of the motor and thus the system, compared to the square wave rectification technique employed in the prior art. have. In addition, an object of the present invention is to provide a motor that can reduce the production of noise and vibration while reducing the production cost.

본 발명의 일 예에 의하면, 난방, 환기 및/또는 공기조화(HVAC) 시스템은, 시스템제어기(system controller)와, 모터제어기(motor controller)와, 공기유동기구(air-moving component)와, 그리고 정지조립체(stationary assembly), 상기 정지조립체에 자기결합(magnetic coupling) 관계에 있는 회전가능조립체(rotatable assembly) 및 상기 공기유동기구에 결합된 축을 가진 영구자석 모터를 포함한다. 모터제어기는, 공기유동기구 구동용으로 영구자석 모터에서 연속적인 상 전류를 생성하기 위해 시스템제어기로부터의 수신된 하나 또는 그 이상의 제어신호에 반응하여 사인파 정류(sinewave commutation)를 실행하도록 구성된다.According to one example of the invention, a heating, ventilating and / or air conditioning (HVAC) system comprises a system controller, a motor controller, an air-moving component, and A stationary assembly, a rotatable assembly in magnetic coupling to the stationary assembly, and a permanent magnet motor having a shaft coupled to the airflow mechanism. The motor controller is configured to perform sinewave commutation in response to one or more control signals received from the system controller to generate a continuous phase current in the permanent magnet motor for driving the airflow mechanism.

본 발명의 다른 예에 의하면, 제어신호에 반응하여, 난방, 환기 및/또는 공기조화(HVAC) 시스템의 공기유동기구를 구동하는 방법이 제공된다. HVAC 시스템은 정지조립체와 이 정지조립체와 자기결합 관계에 있는 회전가능 조립체를 갖는 영구 자석 모터를 포함한다. 이 회전가능 조립체는 공기유동기구에 구동관계(driving relation)로 연결된다. 이 방법은 시스템제어기로부터 적어도 하나의 제어신호를 수신하는 단계, 그리고 공기유동기구를 구동하는 영구자석 모터에서 연속적인 상 전류를 생성하기 위해 상기 시스템제어기로부터의 수신된 제어신호에 반응하여 사인파 정류를 실행하는 단계를 포함한다.According to another example of the invention, there is provided a method of driving an airflow mechanism of a heating, ventilating and / or air conditioning (HVAC) system in response to a control signal. The HVAC system includes a permanent magnet motor having a stationary assembly and a rotatable assembly in magnetic coupling with the stationary assembly. This rotatable assembly is connected in a driving relation to the airflow mechanism. The method includes receiving at least one control signal from a system controller and performing sinusoidal rectification in response to the received control signal from the system controller to generate a continuous phase current in the permanent magnet motor driving the airflow mechanism. Performing the steps.

본 발명의 또 다른 예에 의하면, 난방, 환기 및/또는 공기조화(HVAC) 시스템용의 송풍기는, 모터제어기, 송풍기 및 정지조립체를 갖는 영구자석 모터, 이 정지조립체와 자기결합 관계인 회전가능 조립체 그리고, 송풍기에 연결된 축를 포함한다. 모터제어기는, 송풍기 구동용으로 영구자석 모터에서 연속적인 상 전류를 생성하기 위해 시스템제어기로부터의 수신된 하나 또는 그 이상의 제어신호에 반응하여 사인파 정류를 실행하도록 구성된다.According to another example of the invention, a blower for a heating, ventilating and / or air conditioning (HVAC) system comprises a permanent magnet motor having a motor controller, a blower and a stop assembly, a rotatable assembly in magnetic coupling with the stop assembly and And a shaft connected to the blower. The motor controller is configured to perform sinusoidal rectification in response to one or more control signals received from the system controller to produce a continuous phase current in the permanent magnet motor for driving the blower.

본 발명의 또 다른 예에 의하면, HVAC 시스템용의 모터 및 제어기 조립체는 HVAC 시스템제어기로부터의 하나 또는 그 이상의 제어신호를 수신하고, 공기유동기구가 영구자석 모터와 구동관계로 연결될 때, 공기유동기구 구동용으로 영구자석 모터에서 연속적인 상 전류를 생성하기 위해 수신된 제어신호에 반응하여 사인파 정류를 실행하도록 구성된다.According to yet another example of the invention, a motor and controller assembly for an HVAC system receives one or more control signals from an HVAC system controller and, when the airflow mechanism is coupled to the permanent magnet motor in a drive relationship, the airflow mechanism The drive is configured to perform sinusoidal rectification in response to the received control signal to produce a continuous phase current in the permanent magnet motor.

추가적으로 적용가능한 영역은 본 명세서의 기재로부터 명백하게 될 것이다. 그 기재사항 및 특정 실시예들은, 단지 예시의 목적으로 의도된 것으로서, 본 발명의 범위를 제한하도록 의도된 것이 아님이 이해되어야 한다.Additional areas of applicability will become apparent from the description herein. It is to be understood that the description and the specific embodiments are intended for purposes of illustration only, and are not intended to limit the scope of the present invention.

본 발명에 의한 HVAC 시스템에 의하면, 모터제어기에서 사인파 정류를 이용함으로써, 종래기술에서 채용된 구형파 정류 기술에 비해서, 상기 모터 및 이에 따라 상기 시스템의 효율을 향상할 수 있는 효과가 있다. 또한, 상기 영구자석 모터에 생성되는 상기 연속적인 상 전류들 때문에, 결과적인 작동 토크에는, 소음 및 진동을 발생할 수 있는, 토크 리플이 실질적으로 없게 된다. 그 결과, 회전가능 조립체)는 감쇄 재료를 사용하지 않고 축에 연결될 수 있으므로, 상기 영구자석 모터의 생산 비용이, 소음을 줄이기 위해 감쇄 재료를 필요로 하는 모터에 비해 감소될 수 있다.According to the HVAC system according to the present invention, by using sinusoidal rectification in the motor controller, the efficiency of the motor and thus the system can be improved as compared to the square wave rectification technique employed in the prior art. In addition, because of the continuous phase currents generated in the permanent magnet motor, the resulting operating torque is substantially free of torque ripple, which can produce noise and vibration. As a result, the rotatable assembly) can be connected to the shaft without using damping material, so that the production cost of the permanent magnet motor can be reduced compared to a motor requiring damping material to reduce noise.

또한, 본 발명의 모터는, 특히 구형파 정류 제어 하의 종래기술 모터의 코깅 토크에 비해서, 상대적으로 작은 코깅 토크를 생성한다. 이는 또한, HVAC 시스템에서 소음 및 진동을 감소하는 것을 도와준다.In addition, the motor of the present invention produces a relatively small cogging torque, especially compared to the cogging torque of prior art motors under square wave rectification control. It also helps to reduce noise and vibration in HVAC systems.

다음의 설명은 본래 단지 예시적인 것으로서 본 발명의 범위를 제한하거나 잠재적인 적용례 및 사용례를 제한하도록 의도된 것이 아님을 밝혀둔다.The following description is by way of illustration only and is not intended to limit the scope of the invention or to limit its potential applications and uses.

본 발명의 한 실시예에 따르면, 제어신호에 반응하여 난방, 환기 및/또는 공기조화(HVAC) 시스템의 공기유동기구를 구동하기 위한 방법이 제공된다. 이 HVAC 시스템은 정지조립체(고정자)와 이 정지조립체에 자기결합 관계에 있는 회전가능조립체를 가진 영구자석 모터를 포함한다. 회전가능조립체는 상기 공기유동기구에 구 동 관계로 결합된다. 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 방법(300)은 시스템제어기로부터 적어도 하나의 제어신호를 수신하는 단계(블록 302)와, 상기 공기유동기구를 구동하는 상기 영구자석 모터에 연속적인 전류를 생성하기 위해 상기 시스템제어기로부터 수신된 상기 제어신호에 반응하여 사인파 정류를 실행하는 단계(블록 304)를 포함한다. 이 HVAC 시스템에 사인파 정류를 채용하는 것은, 특히 구형파 정류 기술을 채용하는 종래기술의 모터에 비해서, 상기 영구자석 모터의 작동토크 리플을 감소하는 것을 포함하여, 여러 가지 이점을 제공한다. 그 결과, HVAC 시스템에 의해 생성되는 소음도 마찬가지로 감소된다.According to one embodiment of the invention, a method is provided for driving an airflow mechanism of a heating, ventilating and / or air conditioning (HVAC) system in response to a control signal. The HVAC system includes a permanent magnet motor having a stationary assembly (stator) and a rotatable assembly that is magnetically coupled to the stationary assembly. The rotatable assembly is coupled to the air flow mechanism in drive relationship. As shown in FIG. 3, the method 300 includes receiving at least one control signal from a system controller (block 302) and generating a continuous current in the permanent magnet motor driving the airflow mechanism. And performing sinusoidal rectification in response to the control signal received from the system controller (block 304). Employing sinusoidal rectification in this HVAC system provides several advantages, including reducing the operating torque ripple of the permanent magnet motor, especially compared to prior art motors employing square wave rectification techniques. As a result, the noise produced by the HVAC system is likewise reduced.

이하, 도 3의 상기 방법(300)을 실행하는 시스템의 한 예를, 도 4를 참조하여 설명한다. 하지만, 다른 시스템들도 이 실시예의 범주를 벗어나지 않고 도 3의 상기 방법을 실행하기 위해 채용될 수 있음이 이해되어야 한다.Hereinafter, an example of a system for executing the method 300 of FIG. 3 will be described with reference to FIG. 4. However, it should be understood that other systems may be employed to implement the method of FIG. 3 without departing from the scope of this embodiment.

도 4에 도시된 바와 같이, 상기 시스템(400)은 시스템제어기(402), 모터제어기(404), 영구자석 모터(406) 및 공기유동기구(410)를 포함한다. 영구자석 모터(406)는 축(408), 정지조립체(412) 및 회전가능조립체(414)를 포함한다. 회전가능조립체(414)는 상기 정지조립체(412)에 자기적으로 결합되어 있다. 이 회전가능조립체(414)는, 상기 공기유동기구(410)의 회전을 구동하기 위해, 이 특정 실시예에서 상기 축(408)을 통해, 상기 공기유동기구에 결합되어 있다.As shown in FIG. 4, the system 400 includes a system controller 402, a motor controller 404, a permanent magnet motor 406, and an airflow mechanism 410. The permanent magnet motor 406 includes a shaft 408, a stationary assembly 412 and a rotatable assembly 414. Rotatable assembly 414 is magnetically coupled to the stationary assembly 412. The rotatable assembly 414 is coupled to the airflow mechanism, through the shaft 408 in this particular embodiment, to drive rotation of the airflow mechanism 410.

상기 모터제어기(404)는 공기유동기구(410)를 구동하는 영구자석 모터(406)에 연속적인 상 전류를 생성하기 위해 시스템제어기(402)로부터 수신된 하나 또는 그 이상의 (아날로그 또는 디지털) 제어신호에 반응하여 사인파 정류를 실행하도록 구성되어 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 이 모터제어기(404)는 시스템제어기(402)로부터 직접 제어신호들을 수신하도록 시스템제어기(402)에 결합되어 있다. 이러한 제어신호들은, 예를 들어, 상기 모터(406)의 설정된(desired) 토크 또는 속도를 나타낼 수 있다. 선택적으로, 이 제어신호들은 상기 공기유동기구(410)에 의해 생성될, 설정된 공기유동을 나타낼 수도 있다.The motor controller 404 is one or more (analog or digital) control signals received from the system controller 402 to generate a continuous phase current in the permanent magnet motor 406 driving the airflow mechanism 410. Is configured to perform sinusoidal rectification in response. As shown in FIG. 4, this motor controller 404 is coupled to the system controller 402 to receive control signals directly from the system controller 402. Such control signals may, for example, indicate a predetermined torque or speed of the motor 406. Optionally, these control signals may indicate a set air flow to be generated by the air flow mechanism 410.

도 4에 도시된 특정한 실시예에 대하여, 상기 모터제어기(404)는 영구자석 모터(406)에 생성된 연속적인 상 전류가 실질적으로 사인곡선을 이루는(sinusoidal) 것을 보장하기 위해 벡터 제어(vector control)를 이용하여 사인파 정류를 실행하도록 구성되어 있다. 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 알고 있는 바와 같이, 벡터 제어 기술[이는 다른 기준 프레임(들)로의 변형(들)을 수반한다]은 전형적으로 상기 회전자 위치를 판정하는 것을 필요로 한다. 이는 센서(들) 또는 센서리스(sensorless) 기술을 이용하여 달성될 수 있다.For the particular embodiment shown in FIG. 4, the motor controller 404 is controlled by vector to ensure that the continuous phase current generated in the permanent magnet motor 406 is substantially sinusoidal. Is configured to perform sinusoidal rectification. As will be appreciated by those of ordinary skill in the art, vector control techniques, which involve deformation (s) to other reference frame (s), typically require determining the rotor position. . This can be accomplished using sensor (s) or sensorless technology.

상기 공기유동기구(410)가 송풍기이고 상기 모터제어기(404)가 일정한 공기유동 모드[이는 또한 일정한 분당-세제곱-피트 모드(cubic feet per minute mode: CFM mode)로도 불리고, 여기서 상기 송풍기는 설정된 수준의 공기유동을 제공하기 위해 제어된다]에서 작동하도록 구성되는 경우, 벡터 제어 아키텍쳐(architecture)는 상기 영구자석 모터의 작동 범위에 걸쳐 실질적으로 일정한 토크를 제공한다. 따라서, 상기 일정한 공기유동 법칙들은, 토크 변화에 -만약 그렇지 않으면 속도 등에 변화가 일어날 수도 있겠지만- 초점을 맞출 필요가 없다. 더욱이, 상기 벡터 제어 아키텍쳐의 동적 반응 때문에, 일정한 공기유동 제어 루프와는 실질적으로 상 호작용이 하나도 없게 된다. 센서리스 제어 기술과 벡터 제어(뿐만 아니라 속도, 토크 및 일정한 공기유동 제어 체계도 이하에서 논의된다)를 이용하는 사인파 정류에 관한 추가적인 세부사항들은, 2005년 12월 2일에 출원된 미국 출원번호 11/293,743 및 11/293,744, 그리고 미국 특허번호 6,326,750 및 6,756,757에 개시되어 있고, 그 기재내용 전부는 참조에 의해 여기에 통합된다.The airflow mechanism 410 is a blower and the motor controller 404 is also called a constant airflow mode (also called a constant cubic feet per minute mode (CFM mode), where the blower is at a set level. Controlled to provide an airflow of the vector control architecture, the vector control architecture provides a substantially constant torque over the operating range of the permanent magnet motor. Thus, the above constant airflow laws need not focus on the change in torque-if not otherwise a change in speed or the like. Moreover, due to the dynamic response of the vector control architecture, there is substantially no interaction with a constant airflow control loop. Further details regarding sinusoidal rectification using sensorless control techniques and vector control (as well as velocity, torque and constant airflow control schemes are discussed below) are described in US Application No. 11 / 293,743 and 11 / 293,744, and US Pat. Nos. 6,326,750 and 6,756,757, all of which are incorporated herein by reference.

상기 공기유동기구(410)는, 공기 조정기(air handler) 또는 순환 팬과 같은 송풍기, 실내 또는 실외 응축기(condenser) 팬, 통풍 유도기(draft inducer) 팬 등일 수 있다. 하지만, 다른 타입의 공기유동기구들도 또한 본 실시예의 범주를 벗어나지 않고 상기 회전가능 조립체(414)에 구동 관계로 결합될 수 있음이 이해될 것이다. 또한, 상기 시스템 제어기(402)는 온도조절기(thermostat), 온도조절기와 통신하는 추가적인 제어 모듈 또는 상기 HVAC 시스템(400)을 위한 독립형 제어기일 수 있다.The airflow mechanism 410 may be a blower such as an air handler or circulation fan, an indoor or outdoor condenser fan, a draft inducer fan, or the like. However, it will be appreciated that other types of airflow mechanisms may also be coupled to the rotatable assembly 414 in a drive relationship without departing from the scope of this embodiment. The system controller 402 may also be a thermostat, an additional control module in communication with the thermostat, or a standalone controller for the HVAC system 400.

도 4의 실시예에서, 상기 영구자석 모터(406)는, 단편으로 된 고정자를 가진 역-전자기장(back-emf) 브러시리스 영구자석 모터(brushless permanent magnet: BPM)와 같은, 가변 속도 BPM 모터이다. 하지만, (상기 회전자 또는 상기 고정자 상에 내장된 자석 또는 표면 자석들을 구비한 모터들과, 단편으로 된(segmented) 또는 일체화된 고정자들을 구비한 모터들과, 그리고 개별 속도(들) 모터들을 포함하여) 다른 타입의 영구자석 모터들도, 이 실시예의 범주를 벗어나지 않고 채용될 수 있다.In the embodiment of FIG. 4, the permanent magnet motor 406 is a variable speed BPM motor, such as a back-emf brushless permanent magnet motor (BPM) with a stator in pieces. . However, it includes (motors with magnets or surface magnets embedded on the rotor or stator, motors with segmented or integrated stators, and individual speed (s) motors). Thus, other types of permanent magnet motors may be employed without departing from the scope of this embodiment.

도 4의 특정 실시예에서, 상기 정지 조립체(412)는 3상 권선(미도시)을 포함 하고, 상기 모터제어기(404)는 동시에 상기 3상 권선 모두에 전원을 공급하도록 구성된다. 도 5는 상기 정지 조립체(412)의 3상 권선에서 생성되는 연속적이고 실질적으로 사인곡선인 상 전류들을 도시하고 있다[3상 전류 모두를 확실히 도시하기 위해 도 5에서는 상기 전류의 오프셋들(offsets)이 편이되어(shifted) 있다]. 이 상 전류들은, 각각 제로 전압의 주기가 실질적으로 하나도 없기 때문에, 연속적이다. 도 5에 도시된 상 전류들은, 그 중에서도, 상기 모터의 역 전자기장(back emf)에 고조파(harmonics)가 존재하기 때문에, 완벽하게 사인곡선은 아니다. 원한다면, 상기 모터제어기(404)는 상기 영구자석 모터의 역 전자기장에 고조파 포함의 영향을 상쇄하는 연속적인 상 전류들을 생성하도록 (공지기술을 이용하여) 구성될 수 있다. 상기 역 전자기장에 고조파 포함의 영향을 상쇄하는 것에 관한 추가적인 세부사항들은 위에서 참조된 출원들 및 특허들에 개시되어 있다.In the particular embodiment of FIG. 4, the stop assembly 412 includes a three phase winding (not shown), and the motor controller 404 is configured to simultaneously power all of the three phase windings. FIG. 5 shows the continuous and substantially sinusoidal phase currents produced in the three phase winding of the stop assembly 412 (offsets of the current in FIG. 5 to clearly show all three phase currents). Is shifted]. These phase currents are continuous because there is substantially no period of zero voltage each. The phase currents shown in FIG. 5 are not perfectly sinusoidal, among others, because harmonics are present in the back emf of the motor. If desired, the motor controller 404 may be configured (using known techniques) to generate continuous phase currents that offset the effects of harmonic inclusion in the reverse electromagnetic field of the permanent magnet motor. Further details regarding counteracting the effects of harmonic inclusion in the reverse electromagnetic field are disclosed in the above referenced applications and patents.

상기 모터제어기(404)에서 사인파 정류를 이용함으로써, 상기 모터(406)[및 이에 따라 상기 시스템(400)]의 효율은, 종래기술에서 채용된 구형파 정류 기술에 비해서 향상된다. 또한, 상기 영구자석 모터에 생성되는 상기 연속적인 상 전류들 때문에, 결과적인 작동 토크에는, 소음 및 진동을 발생할 수 있는, 토크 리플이 실질적으로 없게 된다. 그 결과, 도 4에 도시된 특정 실시예에서, 상기 회전가능 조립체(414)는 감쇄 재료를 사용하지 않고 상기 축(408)에 연결된다. 따라서, 상기 영구자석 모터(406)의 생산 비용이, 소음을 줄이기 위해 감쇄 재료를 필요로 하는 모터에 비해 감소된다. 하지만, 원한다면 이 실시예의 범주를 벗어나지 않고 감쇄 재료가 그래도 사용될 수도 있음이 이해될 것이다.By using sinusoidal rectification in the motor controller 404, the efficiency of the motor 406 (and thus the system 400) is improved compared to the square wave rectification technique employed in the prior art. In addition, because of the continuous phase currents generated in the permanent magnet motor, the resulting operating torque is substantially free of torque ripple, which can produce noise and vibration. As a result, in the particular embodiment shown in FIG. 4, the rotatable assembly 414 is connected to the shaft 408 without using damping material. Thus, the production cost of the permanent magnet motor 406 is reduced compared to a motor requiring damping material to reduce noise. However, it will be appreciated that attenuating materials may still be used without departing from the scope of this embodiment, if desired.

게다가, 도 4에 도시된 상기 모터(406)는, 특히 구형파 정류 제어 하의 종래기술 모터에 대하여 도 2에 도시된 코깅 토크에 비해서, 도 6에 도시된 바와 같이, 상대적으로 작은 코깅 토크를 생성한다. 이는 또한, HVAC 시스템에서 소음 및 진동을 감소하는 것을 도와준다.In addition, the motor 406 shown in FIG. 4 produces a relatively small cogging torque, as shown in FIG. 6, as compared to the cogging torque shown in FIG. 2, particularly for prior art motors under square wave commutation control. . It also helps to reduce noise and vibration in HVAC systems.

도 7은 상기 공기유동기구가 송풍기인, 도 4의 HVAC 시스템의 특정한 실시예를 도시하고 있다. 도 7의 실시예에서는, 상기 시스템 제어기가 "PC 또는 필드(Field)" 애플리케이션(application)으로 나타나 있다. 도 8은 도 7에 도시된 상기 프로세서 인쇄회로기판(printed circuit board: PCB)에 의해 실행되는 상기 센서리스 벡터 제어의 블록 다이어그램을 제공한다.FIG. 7 illustrates a particular embodiment of the HVAC system of FIG. 4, wherein the airflow mechanism is a blower. In the embodiment of Figure 7, the system controller is represented as a "PC or Field" application. FIG. 8 provides a block diagram of the sensorless vector control implemented by the processor printed circuit board (PCB) shown in FIG. 7.

당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 범주를 벗어나지 않고 상술한 예시적인 실시예 및 실행예에 다양한 변형이 이루어질 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 상술한 설명 또는 첨부 도면에 포함된 모든 사항들은 예시적인 것으로 해석되어야 하고 한정적인 의미로 해석되어서는 아니될 것이다.Those skilled in the art will appreciate that various modifications may be made to the above-described exemplary embodiments and implementations without departing from the scope of the present invention. Accordingly, all matters contained in the above description or the accompanying drawings should be interpreted as illustrative and not in a limiting sense.

여기에 도시된 도면은 단지 예시 목적일 뿐이고, 어떤 식으로든 본 발명의 범위를 제한하도록 의도된 것은 아니다.The drawings shown herein are for illustrative purposes only and are not intended to limit the scope of the invention in any way.

도 1은 종래기술에 따른 구형파 정류제어 하에서의 가변 속도 모터에 생성된 불연속적인 상 전류의 그래프이다.1 is a graph of discontinuous phase current generated in a variable speed motor under square wave rectification control according to the prior art.

도 2는 구형파 정류제어 하에서의 종래기술의 가변속도 HVAC 모터의 상대적으로 높은 코깅 토크를 도시한 그래프이다.FIG. 2 is a graph illustrating the relatively high cogging torque of a prior art variable speed HVAC motor under square wave rectification control.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 HVAC 시스템의 공기유동기구을 구동하는 방법을 나타내는 블록 다이어그램이다.3 is a block diagram illustrating a method of driving an airflow mechanism of an HVAC system according to an embodiment of the present invention.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 의한 공기유동기구를 구동하는 모터 및 모터제어기를 갖는 HVAC 시스템에 관한 블록 다이어그램이다.4 is a block diagram of an HVAC system having a motor and a motor controller for driving an airflow mechanism according to another embodiment of the present invention.

도 5는 사인파 정류기술을 이용하는 도 4의 영구자석 모터에서 생성되는 연속적이고 실질적으로 사인곡선인 상 전류들의 그래프이다.5 is a graph of continuous and substantially sinusoidal phase currents produced in the permanent magnet motor of FIG. 4 using sinusoidal rectification technology.

도 6은 사인파 정류 제어 하에서 도 4에 도시된 영구자석 모터의 상대적으로 낮은 코깅 토크를 도시한 그래프이다.6 is a graph showing the relatively low cogging torque of the permanent magnet motor shown in FIG. 4 under sinusoidal rectification control.

도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 HVAC 송풍기 조립체의 블록 다이어그램이다.7 is a block diagram of an HVAC blower assembly according to another embodiment of the present invention.

도 8은 도 7에 도시된 제어기에 의해 실행된 무센서 벡터제어체계(sensorless vector control scheme)에 관한 블록 다이어그램이다.FIG. 8 is a block diagram of a sensorless vector control scheme executed by the controller shown in FIG. 7.

Claims (20)

시스템제어기(system controller)와, 모터제어기(motor controller)와, 공기유동기구(air-moving component)와, 그리고 정지조립체(stationary assembly), 상기 정지조립체에 자기결합(magnetic coupling) 관계에 있는 회전가능조립체(rotatable assembly) 및 상기 공기유동기구에 결합된 축을 가진 영구자석 모터를 포함하는 난방, 환기 및/또는 공기조화(HVAC) 시스템으로서,A system controller, a motor controller, an air-moving component, and a stationary assembly, which are rotatable in a magnetic coupling relationship with the stationary assembly. A heating, ventilating and / or air conditioning (HVAC) system comprising a rotatable assembly and a permanent magnet motor having a shaft coupled to the air flow mechanism. 상기 모터제어기는, 상기 공기유동기구를 구동하는 상기 영구자석 모터에 연속적인 상 전류(phase current)를 생성하기 위해 상기 시스템제어기로부터 수신된 하나 또는 그 이상의 제어신호에 반응하여 사인파 정류(sinewave commutation)를 실행하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 HVAC 시스템.The motor controller is configured to perform sinewave commutation in response to one or more control signals received from the system controller to generate a continuous phase current in the permanent magnet motor driving the airflow mechanism. HVAC system, characterized in that configured to run. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 정지조립체는 복수의 상 권선(phase windings)을 포함하고, 상기 모터제어기는 상기 상 권선들 모두에 동시에 전원을 공급(energizing)하도록 구성된 것을 특징으로 하는 HVAC 시스템.The stop assembly comprises a plurality of phase windings, and wherein the motor controller is configured to energize all of the phase windings simultaneously. 제2항에 있어서,The method of claim 2, 상기 연속적인 상 전류는 실질적으로 사인곡선을 이루는(sinusoidal) 것을 특징으로 하는 HVAC 시스템.The continuous phase current is substantially sinusoidal. 제3항에 있어서,The method of claim 3, 상기 회전가능조립체는 감쇄 재료(damping material)를 사용하지 않고 상기 축에 결합되는 것을 특징으로 하는 HVAC 시스템.The rotatable assembly is coupled to the shaft without using damping material. 제3항에 있어서,The method of claim 3, 상기 공기유동기구는 송풍기(blower)인 것을 특징으로 하는 HVAC 시스템.The air flow mechanism is a blower (blower). 제3항에 있어서,The method of claim 3, 상기 공기유동기구는 통풍 유도기(draft inducer)인 것을 특징으로 하는 HVAC 시스템.The air flow mechanism is a HVAC system, characterized in that the draft inducer (draft inducer). 제3항에 있어서,The method of claim 3, 상기 공기유동기구는 응축기 팬(condenser fan)인 것을 특징으로 하는 HVAC 시스템.The air flow mechanism is a condenser fan. 제3항에 있어서,The method of claim 3, 상기 영구자석 모터는 무브러쉬 영구자석(brushless permanent motor: BPM) 모터인 것을 특징으로 하는 HVAC 시스템.The permanent magnet motor is a HVAC system, characterized in that the brushless permanent motor (BPM) motor. 제8항에 있어서,The method of claim 8, 상기 BPM 모터는 역기전력(back-emf) BPM 모터인 것을 특징으로 하는 HVAC 시스템.The BPM motor is a back-emf BPM motor. 제3항에 있어서,The method of claim 3, 상기 시스템 제어기는 온도조절기(thermostat)를 포함하는 것을 특징으로 하는 HVAC 시스템.The system controller comprises a thermostat. 제3항에 있어서,The method of claim 3, 상기 시스템 제어기로부터의 적어도 하나의 제어신호는, 상기 공기유동기구에 대한 설정된 공기유동을 나타내는 것을 특징으로 하는 HVAC 시스템.At least one control signal from the system controller indicates a set air flow for the air flow mechanism. 제3항에 있어서,The method of claim 3, 상기 시스템 제어기로부터의 적어도 하나의 제어신호는, 상기 영구자석 모터의 설정된 토크 또는 속도를 나타내는 것을 특징으로 하는 HVAC 시스템.At least one control signal from the system controller indicates a set torque or speed of the permanent magnet motor. 제3항에 있어서,The method of claim 3, 상기 모터제어기는 벡터 제어(vector control)를 이용하여 사인파 정류를 실행하도록 구성된 것을 특징으로 하는 HVAC 시스템.The motor controller is configured to perform sinusoidal rectification using vector control. 제3항에 있어서,The method of claim 3, 상기 모터제어기는 센서리스(sensorless) 벡터 제어를 이용하여 사인파 정류를 실행하도록 구성된 것을 특징으로 하는 HVAC 시스템.The motor controller is configured to perform sinusoidal rectification using sensorless vector control. 제3항에 있어서,The method of claim 3, 상기 모터제어기는, 상기 영구자석 모터의 역기전력에 고조파함유기(harmonic content)의 영향을 상쇄(cancel)하는, 연속적인 상 전류를 생성하도록 구성된 것을 특징으로 하는 HVAC 시스템.And the motor controller is configured to generate a continuous phase current that cancels the influence of harmonic content on the counter electromotive force of the permanent magnet motor. 난방, 환기 및/또는 공기조화(HVAC) 시스템용 송풍기 조립체로서,A blower assembly for a heating, ventilating and / or air conditioning (HVAC) system, 상기 송풍기 조립체는 모터제어기와, 송풍기와, 그리고 정지조립체, 이 정지조립체에 자기결합 관계에 있는 회전가능조립체 및 상기 송풍기에 결합된 축을 가진 영구자석 모터를 포함하고,The blower assembly comprises a motor controller, a blower and a stationary assembly, a rotatable assembly in magnetic coupling to the stationary assembly and a permanent magnet motor having a shaft coupled to the blower, 상기 모터제어기는, 상기 송풍기를 구동하는 상기 영구자석 모터에 연속적인 상 전류를 생성하기 위해 상기 시스템제어기로부터 수신된 하나 또는 그 이상의 제어신호에 반응하여 사인파 정류를 실행하도록 구성된 것을 특징으로 하는 송풍기 조립체.And the motor controller is configured to perform sinusoidal rectification in response to one or more control signals received from the system controller to generate a continuous phase current in the permanent magnet motor driving the blower. . 제16항에 있어서,The method of claim 16, 상기 모터제어기는 센서리스 벡터 제어를 이용하여 사인파 정류를 실행하도 록 구성된 것을 특징으로 하는 송풍기 조립체.And the motor controller is configured to perform sinusoidal rectification using sensorless vector control. 제17항에 있어서,The method of claim 17, 상기 모터제어기는, 상기 영구자석 모터의 역기전력에 고조파함유기를 상쇄하는, 연속적인 상 전류를 생성하도록 구성된 것을 특징으로 하는 송풍기 조립체.And the motor controller is configured to generate a continuous phase current, which cancels out the harmonic-containing groups in the counter electromotive force of the permanent magnet motor. 제어신호에 반응하여 난방, 환기 및/또는 공기조화(HVAC) 시스템의 공기유동기구를 구동하는 방법으로서,A method of driving an airflow mechanism in a heating, ventilating and / or air conditioning (HVAC) system in response to a control signal, 상기 HVAC 시스템은 정지조립체와 이 정지조립체에 자기결합 관계에 있는 회전가능조립체를 가진 영구자석 모터를 포함하고, 상기 회전가능조립체는 상기 공기유동기구에 구동관계(driving relation)로 연결되며,The HVAC system includes a permanent magnet motor having a stationary assembly and a rotatable assembly that is in magnetic coupling with the stationary assembly, the rotatable assembly being coupled to the airflow mechanism in a driving relation, 상기 방법은, 시스템제어기로부터 적어도 하나의 제어신호를 수신하는 단계와, 상기 공기유동기구를 구동하는 상기 영구자석 모터에 연속적인 전류를 생성하기 위해 상기 시스템제어기로부터 수신된 상기 적어도 하나의 제어신호에 반응하여 사인파 정류를 실행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 HVAC 시스템의 공기유동기구를 구동하는 방법.The method includes receiving at least one control signal from a system controller and subjecting the at least one control signal received from the system controller to generate a continuous current in the permanent magnet motor driving the airflow mechanism. And reacting to perform sinusoidal rectification. 제19항에 있어서,The method of claim 19, 상기 공기유동기구는 송풍기이고,The air flow mechanism is a blower, 상기 제어신호를 수신하는 단계에서는, 상기 송풍기에 대한 설정된 공기유 동, 상기 영구자석 모터의 설정된 토크, 또는 상기 영구자석 모터의 설정된 속도를 나타내는 적어도 하나의 제어신호를 수신하는 것을 특징으로 하는 HVAC 시스템의 공기유동기구를 구동하는 방법.In the step of receiving the control signal, HVAC system characterized in that for receiving at least one control signal representing the set air flow, the set torque of the permanent magnet motor, or the set speed of the permanent magnet motor for the blower. To drive the airflow mechanism.
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